Ồ án chuyên ngành 2 Đề tài nghiên cứu, tm hiu s dng Đông cơ bưc v x l nh Đ  phân lo$i c chua

Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội nhờ sự chính xác cao, tốc độ nh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

ĐỀ TÀI : Nghiên cứu, tm hiu s dng đô ng cơ bưc v x l nh đ

phân lo$i c chua

GVHD : Đỗ Tuấn Khanh.

SVTH : Tống Ngọc Hiếu MSV:12220011

Phạm Huy Cường MSV:12220023

Lp : 122201.1

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG NGÃ TƯ 6

1 Tổng quan hệ thống đèn giao thông ngã tư: 6

1.1 Mô hình hệ thống đèn giao thông ngã tư 6

1.2 Giản đồ thời gian cho các chế độ làm việc 7

1.2.1 Chế độ làm việc bình thường 7

1.2.2 Chế độ ưu tiên 1 làn đường: 8

1.2.3 Chế độ vào đêm khuya: 9

1.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống đèn giao thông: 9

1.3.1 Lưu đồ thuật toán chính: 9

1.3.2 Lưu đồ thuật toán chế độ thường và ưu tiên 1 làn: 10

1.3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ đêm: 11

1.3.4 Lưu đồ thuật toán làn 1: 12

1.3.5 Lưu đồ thuật toán làn 2: 13

1.4 Hệ thống Led 7 thanh hiển thị: 14

1.4.1 Cấu tạo: 14

1.4.2 Kết nối với bộ điều khiển: 16

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG 18

2.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống: 18

2.2 Chọn thiết bị trong hệ thống: 18

2.2.1 Phương án dùng PLC: 18

2.2.2 Phương án dùng Vi điều khiển: 18

2.2.3 Giới thiệu về vi điều khiển STM32F103C8T6: 20

2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 25

2.4 Sơ đồ Đấu nối: 27

2.4 Chương trình của hệ thống 29

2.5 Hình ảnh thực tế của hệ thống 45

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 46

3.1 Kết quả thực tế: 46

3.1.1 Kết quả đạt được: 46

3.1.2 Nhược điểm cần cải thiện: 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI NÓI ĐẦU

Với thời đại phát triển như ngày nay thì vấn đề s dng k thuâ !t và côngnghê ! trong nông nghiê !p để phát triển nền nông nghiê !p gi&p đ' người dân, và đuatheo quá trình công nghiê !p hoá hiê !n đại hoá đất nước Qua thực tế ch&ng emnhận thấy vấn đề này là rất sát thực Hơn nữa là ch&ng em đã được trang bịnhững kiến thức trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trường ch&ng em đã

chọn đề tài “ Nghiên c<u t>m hi?u sA dCng đô Fng cơ bưIc vK xA lN Onh đ?

phân loại cK chua ” Trong suốt quá trình thực hiện đề tài ch&ng em đã nhận

được sự hướng dẫn tận tình của thầy “Đỗ Tuấn Khanh” và các thầy cô trongkhoa điện- điện t Ch&ng em xin chân thành cám ơn các thầy cô Tuy nhiêntrong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp cũng nhưch&ng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ ánkhông dài do vậy đồ án của ch&ng em cũng không thể tránh được những thiếusót Ch&ng em rất mong thầy cô và các các bạn đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ

án của ch&ng em thêm hoàn thiện hơn

Ch&ng em xin chân thành cám ơn!

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2023

Gi ng viên hưng dẫn

Đỗ Tuấn Khanh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1T\ng Quan

1.1.1 LN do chọn đ] tKi

Ngày nay, với sự ứng dng của khoa học k thuật, thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hơn, hiện đại hơn Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội nhờ sự chính xác cao, tốc độ nhanh, khả năng thích ứng, sự chuyên môn hóa…đã và đang được ứng dng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại

Công nghệ tự động hoá đang tr] thành một nghành k thuật đa nhiệm v, nó đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các nghành khác như trong công nghiệp, xây dựng, y tế… kể cả trong nông lâm nghiệp và ngày càng được ứng dng nhiều trong thực tế đời sống hàng ngày Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường s dng công nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội

Trong nông nghiê !p s dng các trang thiết bị hiê !n đại là hoàn toàn cầnthiết đối với công cuô !c cải thiê !n đời sống người dân , và đi theo công cuô !c công nghiê !p hoá hiê !n đại hoá đất nước

Với ý nghea đó ch&ng em đã nghiên cứu đề tài “tm hiu s dng đô ng

cơ bưc v x l nh đ phân lo$i c chua “

1.1.2 Nhiê Fm vC nghiên c<u

- Tìm hiểu các thiết bị trên hê ! thống

- Tìm hiểu rõ hơn về các ứng dng của PLC và STEP MOTOR

1.1.4 Phương Ph_p Nghiên C<u

- Thu nhập tài liệu, nghiên cứu, tìm hiểu, tham khảo sách báo, đọc tài liệu và tra cứu mạng internet

- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn

- Thực hiện đồ án theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu, vừa học hỏi trong quá trình nghiên cứu và kiến thức còn hạn chế nên đồ án chắc chắn khôngtránh khỏi những sai sót Vì vậy, ch&ng em rất mong nhận được sự đánh giá, đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như sự góp ý chân thành của các bạn sinhviên để đề tài được hoàn thiện hơn

1.1.5 MCc Tiêu

- M] rộng kiến thức về lập trình trang bị điện, PLC, HMI,

- Hiểu thêm về hệ thống tự động hóa

- So sánh giữa lý thuyết và thực tế, nâng cao khả năng thiết kế và ke năng thựchành

1.1.6 Kết QuO Cbn Đạt Đưcc

- Hiểu rõ nguyên lý của từng thiết bị nghiên cứu và mô phỏng

1.1.7 e Nghfa Thgc Tihn Cia Đ] TKi

- Tạo tiền đề cho việc ứng dng vào những nhà máy, xí nghiệp, phc v cho công việc vận chuyển hàng, gia công chi tiết Tiết kiệm: S dng ít nhân lực

và tăng tốc quá trình sản xuất, tối ưu hóa dây chuyền sản phẩm, phân loại đơn giản, thay thế nhiều hầu hết các loại cảm biến khác trong dây chuyền Thuận tiện cho người quản lí, r&t ngắn thời gian cũng như không can thiệp nhiều Tối ưu hóa băng chuyền sản xuất

1.2 GiIi Thiê Fu Chung V] Hê F Thống

Hê ! thống phân loại có vai trò rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất , để đảmbảo các tiêu chí của người tiêu dmng

Dựa vào yêu cầu cà chua cần phân loại mà đưa ra nguyên lý hoạt động của dây chuyền và cách thức phân loại cà chua theo các công đoạn như sau:

- Cà chua sau khi ra trong nước được đưa lên băng tải Tại đây, ch&ng được thổi khí làm khô và làm sạch phần chất bẩn còn bám lại, gi&p cho khâu kiểm tra chất lượng được chính xác;

- Cà chua được sắp theo hàng để đưa vào khu vực phân loại màu sắc và chất lượng bằng công nghệ nhận diện ảnh camera tốc độ cao CCD Qua khâu này, cà chua sẽ được phân ra các loại tmy theo độ hư hỏng, độ chín mà chấp nhận hay loại bỏ quả;

- Sau khi thực hiê !n phân loại và làm khô, cà chua sẽ được vâ !n chuyển đến thiết bị chần, để thực hiê !n viê !c chế biến;

- Cà chua sau chần sẽ được mang đi qua thiết bị thanh trmng để làm cho sản phẩm được đảm bảo không nhipm vi sinh phc v cho mc tiêu bả quản lâu dài;

- Sau đó, cà chua được đưa qua hệ thống phân loại định lượng cơ khí theo kích thước (hoặc khối lượng) để chia ra thành các hạng thuận lợi cho việc đóng gói vào các lọ thủy tinh theo kích thước tiêu chuẩn;

- Cà chua sau khi được đóng gói thành phẩm trong các lọ sẽ được di chuyển vào thiết bị đóng gói thmng và vâ !n chuyển đến tay người tiêu dmng là cà chua chất lượng cao

1.3 Thiết Kế e Tưjng Thgc Hiê Fn

1.3.1 Băng Chuy]n

Phương án 1 : S dng băng tải mini s dng đô !ng cơ DC

- Băng tải mini s dng đô !ng cơ 1 chiều DC được s dng rô !ng rãi , chạy ổn định , vâ !n chuyển hàng hoá liên tc

- Ưu điểm

+ Đơn giản, có đô ! chính xác cao , hoạt đô !ng ổn định

- Nhược điểm

+ Tốn thêm nhiều cơ cấu chấp hành tham gia vào hê ! thống

+ Tốn them thời gian gia công

Phương án 2 : S dng băng tải có đô !ng cơ Step và chi tiết cố định trên dây curoa

- Phương án này dựa theo cơ chế hoạt đô !ng của đô !ng cơ step để phân loại hàng hoá tới vị trí chính xác

+ Mỗi lần phân loại chỉ được 1 sản phẩm

 x đây ch&ng em quyết định lựa chọn phương án 2 để có thể nghiên cứu thêm về step motor và giảm thiểu chi phí gia công cơ khí

1.3.2 XA LN Tln Hiê Fu

Phương án 1 : S dng cảm biến màu công nghiê !p

- Phương án này mang lại hiê !u quả cao , được s dng nhiều trong các dây chuyền có quy mô lớn

+ Không phổ biến trên thị trường

Phương án 2 : S dng camera để phân biê !t màu sắc

- Phương án này được s dng rô !ng rãi , thực hiê !n được nhiều yêu cầu phức tạp

- Ưu điểm

+ Giá thành hợp lý

+ X lý được nhiều kiểu tín hiê !u

+ Phổ biến trên thị trường

Phương án 1 : S dng vi điều khiển để x lý tín hiê !u

- Vi điều khiển luôn được s dng rô !ng rãi trên thị trường

+ Giá thành cao hơn

 Ch&ng em quyết định s dng PLC để thực hiê !n quá trình điều khiển

CHƯƠNG 2 : CƠ Sm Le THUYnT

2.1 Cấu Trpc Hê F Thống

- Nguồn 24V : Cấp nguồn cho hê ! thống

- Băng tải : Băng tải vâ !n chuyển cà chua từ vị trí x lý hình ảnh để phân loại màu sắc quả

- Đô !ng cơ : Đô !ng cơ bang tải , Step motor điều khiển bang tải từ vị trí x lý tới vị trí phân loại và đi về

- Driver ST57-C : Điều khiển đô !ng cơ bang tải

- PLC SAMKOON FGRB-C8X8T-2/2 : Thiết bị điều khiển lập trình cho ph|p người s dng có thể lập trình một loạt các sự kiện, thao tác nhờ hệ thống điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

2.2 Sơ Đr Khối Hê F Thống Đi]u Khi?n

+ T_c dCng ttng khối

- Khối nguồn : Cấp nguồn cho PLC , Driver + Step motor và sensor quang

- Sensor : Phát hiê !n cà chua ] vị trí kiểm tra và truyền tín hiê !u về PLC

- PLC : X lý tín hiê !u sensor , điều khiển driver và truyền thông về app PC

- Băng tải : Driver nhâ !n tín hiê !u từ PLC điều khiển đô !ng cơ Step hoạt đô !ng đểphân loại cà chua

- Camera : Ghi lại hình ảnh chuyển về app PC

- App PC : X lý hình ảnh từ camera phân loại màu và truyền tín hiê !u về PLCx lý

- Giao diê !n điều khiển : Hiển thị kết quả và nhâ !n tín hiê !u điều khiển từ người dmng

2.3 Tlnh Chọn Bô F Ngurn

Do các thiết bị được lắp đặt trong tủ điều khiển là PLC có điện áp làm việc là 24VDC và driver step motor ST57-C có dải điện áp điện áp làm việc từ 20V - 50V

Do đó ch&ng em s dng nguồn tổ ong có giá trị điện áp là 24VDC và giá trị dòng điện là 6.5A để cấp nguồn cho PLC và Diver step motor ST57-C.

- Tính toán công suất và chọn nguồn 24V DC

- Công suất tiêu th = Tổng công suất các phần t trong mô hình

Ta có:

- Công suất PLC SAMKOON FGRB-C8X8T-2/2= 12 (W)

- Công suất driver ST57-C = 70 (W)

=> Ta cần 1 bộ nguồn 24 VDC 6.5A với công suất 156(w) để vận hành 1 cách

+ Hiệu quả cao, giá thành thấp , độ tin cậy cao Bảng: Thông số k thuật của bộ nguồn 24V.

Điê !n áp đầu vào AC 220V (Chân L và N)

Điê !n áp đầu ra DC 24V 6.5A (Chân dương V+, Chân

Mass-GND: V-)

Điê !n áp ra điều chỉnh +/-10%

Phạm vi điê !n áp đầu vào 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC

- Chức năng bảo vệ: Quá dòng, quá áp, ngắn mạch,…

- Thích hợp cho động cơ: 2 pha

- Tích hợp khả năng chống nhipu

- Khả năng tản nhiệt rất tốt

- Driver ST57 hoạt động tin cậy hơn ] nhiệt độ không quá 60 độ C và nhiệt động của động cơ là 80 độ C

Hình 2.3: Sơ đồ chân Driver

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối giữa đô !ng cơ bước và Driver ST57 với PLC

2.5 Đô Fng Cơ BưIc

2.5.1 GiIi thiê Fu chung v] đô Fng cơ bưIc

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dng khác biệt với đa số động cơ điện thông thường Ch&ng thực chất là động cơ đồng bộ dmng

để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của roto có khả năng cố định roto và các vị trí cần thiết

Động cơ bước có thể được dmng trong hệ thống điều khiển vòng h] đơn giản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọngtenh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ] gia tốc lớn, người ta vẫn dmng hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước Nếu một động cơ bước trong hệđiều khiển vòng m] quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và

hệ thống phải nhận diện lại, servo motor thì không xảy ra vấn đề này

2.5.2 Cấu Tạo

Về cấu tạo động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai động cơ như trình bày trên hình 2.5

- Động cơ một chiều không tiếp x&c

- Động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

Hình 2.5: Hình dạng của mô !t loại đô !ng cơ bước

2.5.3 Hoạt Đô Fng

- Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, ch&ng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học.

Ch&ng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện t đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định

Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto ph thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

- Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được s dng cho các loại ổ đea cứng, ổ đea mềm, máy in

2.5.5 Phân Loại

- Về cơ bản có 3 loại động cơ bước: loại từ tr] biến đổi (Variable Reluctance), loại nam châm venh cu (permanent magnet) và loại lai (hybrid) Ch&ng khác nhau ] cấu tạo trong việc dmng các rotor nam châm venh cu hoặc lõi sắt với các lá th|p stato

Loại có từ tr] biến đổi (Variabke Reluctance)

- Thông thường có 3 hoặc 4 cuộn dây được nối chung một đầu Đầu chung đựơc nối với nguồn dương, các đầu còn lại cho thng với đất để quay Rotor Cả Stator

và Rotor đều có răng Rotor được làm bằng vật liệu dẫn từ (sắt non) có từ tr] thay đổi theo góc quay

- Chiều quay của động cơ không ph thuộc vào chiều dòng điện mà chỉ ph thuộc vào thứ tự cấp điện cho các cuôn dây

- Loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển động êm nhưng mômen đồng bộ nhỏ

Hình 2.6: Hình ảnh đô !ng cơ bước loại có từ tr] biến đổi

- Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn cực với một rôto sắt đa răng mềm Tuy nhiên chỉ có 4 đầu ra Vì các nam châm của các động cơ bước từ tr] thay đổi nhỏ hơn và nhẹ hơn các động cơ bước nam châm venh cu nêntốc độ của ch&ng nhanh hơn nên moment của loại động cơ này sẽ nhỏ hơn loại động cơ nam châm venh cu và loại lai

Hình 2.7: Hình ảnh đô !ng cơ bước loại nam châm venh cu

- Nam châm venh cu như tên gọi của nó thì có nam châm venh cu được thêm vào cấu tr&c cơ Rotor không còn có răng như với động cơ VR Thay vào đó, rotor

là nam châm với các cực bắc và nam xen kẽ nhau nằm ] một đường thẳng song song với trc rotor Các cực rotor từ hóa này cung cấp cường độ từ thông tăng lên

và do đó động cơ mang lại đặc tính mô-men xoắn được cải thiện hơn so với các kiểu từ tr] biến đổi Ch&ng cũng có đặc tính chống rung tốt hơn Góc bước của loạinày nhỏ có thể đạt 1,8/step, 0,72/step

Hình 2.8: Hình ảnh đô !ng cơ bước lai ( Hybrid )

- Các động cơ bước lai tạo ra hiệu suất tốt hơn đối với độ phân giải, mô men và tốc

độ các bước Các rotor của động cơ bước lai là đa răng như các (stepper

reluctance) biến từ tr] và nó có một nam châm đồng trc với các cực bắc và nam xen kẽ nhau nằm ] một đường thẳng song song với trc rotor Răng trên rotor cungcấp một con đường tốt hơn gi&p hướng dòng chảy từ thông đến vị trí các bánh răngstator Các loại động cơ bước phổ biến nhất được s dng là nam châm venh cu

và lai

- Động cơ bước được chia thành hai loại theo kiểu dây quấn như lư'ng cực và đơncực steppers

+ Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor)

+ Động cơ bước lư'ng cực (Bipolar Stepper Motor)